Strontium im Tschernobyl-Fallout:

Auswirkungen auf die Neugeborenensterblichkeit in Weißrussland und der Ukraine

Verteilung der Deposition von Sr-90 im näheren Bereich von Tschernobyl. Aus „Atomwirtschaft“, März 1991. Im schraffierten Gebiet beträgt die Strontium-Bodenbelastung mehr als 1 Ci pro qkm bzw. mehr als 37 kBq pro m². Die Strontiumbelastung geht damit weit über die 30-km Zone hinaus.

Daten der Sterblichkeit von Neugeborenen (Perinatalsterblichkeit) aus den weißrussischen und ukrainischen Gebieten nahe Tschernobyl weisen nach der Tschernobyl-Katastrophe neben einer ersten Erhöhung im Jahr 1987 einen erneuten Anstieg nach dem Jahr 1988 auf. Während die Erhöhung 1987 mit der Wirkung von radioaktivem Cäsium erklärt werden kann, lässt sich der Anstieg nach 1988 mit der Strontium-Belastung der werdenden Mütter korrelieren. Der kumulierte Effekt von Strontium auf die Perinatalsterblichkeit überwiegt bei weitem den Einfluss von Cäsium. Dies widerspricht der vorherrschenden Meinung, dass nach Tschernobyl die Dosisbelastung durch Strontium sehr viel geringer war als die durch Cäsium.
Ein Effekt der Strontium-Belastung hatte sich auch bei den westdeutschen Daten der Perinatalsterblichkeit nach den oberirdischen Atomtests in den fünfziger und sechziger Jahren gezeigt. Aufgrund dieser Befunde ist zu erwarten, dass der Einfluss von Strontium auf die Perinatalsterblichkeit in den hauptbetroffenen Regionen der Ukraine und Weißrusslands erst gegen Ende dieses Jahrzehnts abgeklungen sein wird.

Einführung
Seit Jahren werden am Umweltinstitut München e.V. die Auswirkungen des Reaktorunfalls von Tschernobyl auf die Sterblichkeit von Neugeborenen (Perinatalsterblichkeit) untersucht. 1997 wurde meine Arbeit zur Perinatalsterblichkeit in Deutschland nach Tschernobyl veröffentlicht, die aus einer Zusammenarbeit mit dem Statistiker Helmut Küchenhoff, LMU München, hervorging (1). Darin konnte ein zeitlicher Zusammenhang zwischen der Cäsium-Belastung der schwangeren Frauen über den Verzehr von Milch und einer Erhöhung der Perinatalsterblichkeit sieben Monate danach nachgewiesen werden. Inzwischen gelang es, Daten aus Ländern zu bekommen, die vom Tschernobyl-Fallout stärker betroffen waren als Deutschland. Monatsdaten der Säuglingssterblichkeit aus Polen bestätigten die auffälligen Ergebnisse bei den deutschen Daten der Perinatalsterblichkeit (2, 3). Die Ergebnisse der Auswertung von Daten der Perinatalsterblichkeit aus Weißrussland (Belarus) und der Ukraine werden im Folgenden vorgestellt.

Daten
Die Perinatalsterblichkeit ist definiert als die Summe der Totgeburten und der in den ersten sieben Lebenstagen gestorbenen Neugeborenen, geteilt durch die Zahl der Lebend- plus Totgeborenen. Bei einem Besuch in Minsk vor einem Jahr bekam ich von der statistischen Abteilung des weißrussischen Gesundheitsministeriums Jahresdaten der Perinatalsterblichkeit in den einzelnen Regionen (oblasts) von Belarus für die Jahre 1985-1998. Anfang diesen Jahres erhielt ich vom Zentrum für medizinische Statistik des ukrainischen Gesundheitsministeriums Monatsdaten der Perinatalsterblichkeit 1985-1991 aus den drei dem Tschernobyl-Reaktor nächstgelegenen Gebieten der Ukraine: dem Gebiet Zhitomir, der Region Kiew und der Stadt Kiew.

Abb.1: Jahresdaten der Perinatalsterblichkeit in den weißrussischen Gebieten Gomel, Minsk und Belarus ohne Gomel und Minsk. Der Anstieg im Jahr 1994 ist eine Folge der Umdefinition des Kriteriums für Totgeburten.

Ab dem Jahr 1994 galt in Belarus, wie in den meisten anderen europäischen Ländern, eine neue Definition für Totgeburten: Als Kriterium wurde das Geburtsgewicht von vorher 1000 Gramm auf 500 Gramm gesenkt. Abbildung 1 zeigt den zeitlichen Verlauf der Perinatalsterblichkeit im Gebiet (oblast) Gomel, in der Hauptstadt Minsk und in Belarus ohne Gomel und Minsk. In allen Datensätzen macht sich der Einfluss der Neudefinition mit einem Sprung im Verlauf der Daten zwischen 1993 und 1994 bemerkbar. Die Daten aus der Hauptstadt Minsk zeigen einen ungewöhnlichen Verlauf: Während die Perinatalsterblichkeit in den Jahren 1985 bis 1996 deutlich über dem Niveau in den anderen Gegenden von Belarus lag, war sie in den Jahren 1997 und 1998 vergleichbar mit der im restlichen Belarus.
Die Umdefinition des Geburtsgewichts für Totgeburten erschwert eine Trendanalyse der Daten aus Belarus für den Gesamtzeitraum 1985 bis 1998. Vergleicht man aber die Perinatalsterblichkeit in dem vom Tschernobyl-Fallout am stärksten betroffenen Gebiet Gomel mit der im restlichen Belarus, bildet man also die so genannten odds ratios, so lässt sich das Problem umgehen. Die Umdefinition sollte sich ja in beiden Regionen in ähnlicher Weise auswirken. Ein möglicher Effekt der Strahlenbelastung nach Tschernobyl zeigt sich dann im Verhältnis der Sterblichkeitsraten in den beiden Regionen.

Auswertung der Daten aus Belarus
Das Verhältnis der Raten der Perinatalsterblichkeit im Gebiet Gomel zu der in den anderen ländlichen Gebieten von Belarus, also ohne die Hauptstadt Minsk und ohne das Gebiet Gomel, zeigt Abbildung 2. Die Hauptstadt Minsk blieb wegen ihrer offensichtlichen Sonderrolle unberücksichtigt.

Abb.2: Verhältnis der Perinatalsterblichkeit (odds ratios) im Gebiet Gomel (Belarus) zur Perinatalsterblichkeit im Rest von Belarus ohne die Hauptstadt Minsk. Die Fehlerbalken kennzeichnen die einfachen Standardabweichungen. Die grauen Säulen zeigen das Ergebnis der Regressionsanalyse unter Verwendung der mittleren Strontium-Konzentration in den Müttern.

In den Jahren 1985 bis 1988 unterschied sich die Sterblichkeit im Gebiet Gomel bis auf eine geringfügige Erhöhung im Jahr 1987 praktisch nicht von der im restlichen Belarus ohne Minsk (Vergleichsregion). Nach 1988 stiegen die odds ratios deutlich an und lagen zwischen 1990 und 1995 ca. 30 Prozent über dem Niveau in der Vergleichsregion. Wie ist dieser Anstieg zu verstehen?
Vor einigen Jahren hatte ich untersucht, ob sich in den Daten der Perinatalsterblichkeit in Westdeutschland Hinweise auf einen Einfluss der oberirdischen Atomtests finden, so wie sie in den Daten der frühen neonatalen Sterblichkeit (Sterblichkeit in den ersten sieben Lebenstagen) in den USA beobachtet wurden. Ich stellte dabei fest, dass die Daten ab Ende der fünfziger Jahre vom angenommenen, gleichmäßig fallenden Trend nach oben abwichen, und erst 1970, sieben Jahre nach dem Maximum der Aktivität im Fallout im Jahr 1963, ein relatives Maximum annahmen. Danach nahm die Perinatalsterblichkeit deutlich schneller ab. Erst am Anfang der achtziger Jahre erreichte die relative Änderung der Rate wieder den Wert der Jahre vor 1960 (Abbildung 3).

Abb.3: Perinatalsterblichkeit in Westdeutschland in den Jahren 1955 bis 1993. Der Verlauf der Daten kann gut beschrieben werden als die Summe aus einem gleichmäßig fallenden Trend (gepunktete Linie) und einem Zusatzterm, der aus der mittleren Strontium-Konzentration in den Schwangeren berechnet wurde. Die schwarzen Säulen kennzeichnen die jährliche Höhe des Strontiumgehalts im Niederschlag.

Die beobachtete Abweichung vom Trend kann mit der Strontiumbelastung der werdenden Mütter erklärt werden (Abbildung 4). Insgesamt errechnen sich in Westdeutschland ca. 100.000 zusätzlich gestorbene Neugeborene in den Jahren 1960 bis 1985 (4).

Abb.4: Abweichung der Perinatalsterblichkeit in Westdeutschland vom gleichmäßig fallenden Trend der Jahre 1955 bis 1993. Die durchgezogene Linie ist der aus der mittleren Strontium-Konzentration in den Schwangeren berechnete Verlauf. Der maximale Effekt zeigt sich erst 1970, sieben Jahre nach dem Maximum des Strontiumgehalts im Niederschlag (schwarze Säulen).

Ausgehend von diesen Ergebnissen lag es nahe zu prüfen, ob sich die Erhöhung der Perinatalsterblichkeit in Gomel gegenüber den anderen ländlichen Gegenden von Belarus ebenfalls mit der Wirkung von Strontium erklären lässt. Die Zeitschrift „Atomwirtschaft“ vom März 1991 enthielt eine Karte Strontium-Bodenbelastung der Gegend um den Tschernobylreaktor (s. Karte oben). Daraus geht eine nennenswerte Strontium-Belastung von über 1 Curie pro qkm bzw. 37 kBq pro qkm im Umkreis des Tschernobyl-Reaktors hervor. Sie lag jedenfalls viel höher als die Strontiumbelastung in Deutschland nach den oberirdischen Atomtests, die etwa 2,5 kBq pro qkm betrug.
Aus einer russischen Arbeit geht hervor, dass die maximale Strontium-Aufnahme in die Knochen in der Zeit des größten Knochenwachstums, also in der Pubertät, stattfindet (5). Das ergab sich aus Messungen der Strontiumbelastung von verstorbenen Frauen, die am Ufer des Flusses Techa im Südural gelebt hatten. Dort hatte sich am Anfang der fünfziger Jahre ein schwerer Unfall mit hoher Radioaktivitätsfreisetzung in einer nuklearen Anlage (Majak) ereignet. Die Frauen mit dem höchsten Strontiumgehalt waren zum Zeitpunkt des Unfalls etwa 14 Jahre alt.
In einem ersten Ansatz bestimmte ich die mittlere Strontiumkonzentration in schwangeren Frauen aus Gomel über den Anteil der Mütter, die im Jahr 1986 gerade 14 Jahre waren, d.h. den Frauen des Geburtsjahrs 1972. Leider war es nicht möglich, genauere Daten der Altersverteilung der Mütter aus Gomel zu erhalten. Von einer russischen Wissenschaftlerin bekam ich aber die Altersverteilung der Mütter in Sankt Petersburg für den Zeitraum 1990 bis 1999 (6). In Ermangelung weißrussischer Daten verwendete ich für die Auswertung der Daten aus Gomel zunächst die Altersverteilung der Mütter aus St. Petersburg.
Bei der Analyse der Daten muss berücksichtigt werden, dass Strontium im Lauf der Jahre aus dem menschlichen Organismus ausgeschieden wird. Die Ausscheidungsrate lässt sich nach ICRP 67 gut durch die Summe zweier Exponentialfunktionen mit Halbwertszeiten von 2,4 und 13,7 Jahren annähern.
Das Regressionsmodell hat die Form:
(1) ln(odds ratio) = ln(c0 + c1*d87 + c2*Sr(t)).
Dabei ist der Parameter c0 die zeitlich konstant angenommene odds ratio ohne den möglichen Tschernobyl-Effekt. Der Parameter c1 schätzt den Einfluss der Cäsiumbelastung, der sich vor allem im Jahr 1987, dem Jahr nach Tschernobyl, zeigen sollte. Die Variable d87 ist eine Dummy-Variable, die im Jahr 1987 den Wert 1, in den anderen Jahren den Wert Null hat. Sr(t) ist die errechnete Strontiumkonzentration in den werdenden Müttern. Diese hängt einerseits ab vom Anteil der Mütter des Jahrgangs 1972 an der Gesamtheit der Mütter eines Geburtsjahrgangs t, wo t die Jahreszahl bedeutet. Andererseits muss die Strontium-Ausscheidung aus dem Körper berücksichtigt werden.
Für den Test der Schätzwerte der Parameter auf Signifikanz (F-Test) müssen die Daten gewichtet werden. Die Varianzen s2 errechnen sich aus der Summe der Kehrwerte der Fallzahlen, also
(2) s2 = 1/n1 +1/(N1-n1) + 1/n2 + 1/(N2-n2),
wobei n1 bzw. n2 die Zahl der perinatal Gestorbenen und N1 bzw. N2 die Zahl der Lebend- plus Totgeborenen in Gomel (1) bzw. dem Rest (2), also Belarus ohne Gomel und Minsk, bedeuten.
Die Regression ergibt eine sehr gute Anpassung des Modells an die Daten. Die gewichtete Summe der Fehlerquadrate hat den Wert 7,6 bei 11 Freiheitsgraden und den Wert 29,7 ohne den Strontiumterm c1*Sr(t). Aus der Verbesserung der Anpassung errechnet sich ein p-Wert von 6,4E-4 (F-Test). Die gute Übereinstimmung des Modells mit den Daten geht aus Abbildung 2 hervor, in der die grauen Säulen das Ergebnis der Regressionsanalyse darstellen. Im Jahr 1987, in dem ein möglicher Effekt von Cäsium erwartet wird, ist die Perinatalsterblichkeit im Gebiet Gomel nicht signifikant um 6% gegenüber dem Erwartungswert erhöht.

Auswertung der Daten aus der Ukraine
Bei der Auswertung der ukrainischen Daten führte ich zunächst individuelle Trendanalysen für die drei Gebiete der Ukraine Kiew-Stadt, Kiew-Region und Zhitomir durch. Für den ungestörten Trend wählte ich eine Exponentialfunktion, auf die ich den oben näher beschriebenen Strontium-Term addierte. Die Ergebnisse für den Parameter im Exponenten stimmten in den drei Gebieten innerhalb der Fehlergrenzen überein, so dass eine gemeinsame Trendanalyse für alle drei Datensätze unter Verwendung eines einheitlichen Parameters im Exponenten (Parameter c4 in Gleichung 3) möglich war. Das Jahr 1987 wurde wie oben durch eine Dummy-Variable d87 gekennzeichnet. Der Cäsium-Effekt im Jahr 1987 (Parameter c5) wurde proportional zur Größe des Strontiumeffekts angenommen. Das Modell für den gemeinsamen Fit hat damit die folgende Form.
(3) p = (c1 * kievcity + c2 * kievregion + c3 * zhitomir) * exp (-c4 * t) +(Sr(t) + c5 * d87) * (c6 * kievcity + c7*kievregion + c8 * zhitomir)
Dabei sind c1 bis c3 die individuellen Vorfaktoren in den drei Gebieten, die durch die Indikatorvariablen kievcity, kievregion und zhitomir gekennzeichnet sind. Sr(t) ist wieder der Strontium-Term.

Die Ergebnisse für die Parameter beim gemeinsamen Fit enthält Tabelle 1. Im Jahr 1987 ist die Perinatalsterblichkeit gegenüber dem Trend signifikant erhöht (Parameter c5, p=0,030). Der Strontium-Term ist in der Region Kiew und in Zhitomir signifikant (p=0,011 bzw. 0,0002), in der Stadt Kiew dagegen nicht signifikant (p=0,216). In Zhitomir ist der Strontium-Effekt mehr als dreimal so groß wie in der Stadt Kiew. Aufgrund der Ergebnisse aus Belarus ist zu vermuten, dass die Perinatalsterblichkeit auch in der Ukraine in den Jahren nach 1991 weiter erhöht ist. Leider standen mir aber nur Daten bis 1991 zur Verfügung.
Die Summe der Fehlerquadrate ergab sich zu 25,9 bei 13 Freiheitsgraden. Für das Modell ohne die Cäsium- und Strontium-Terme errechnet sich dagegen eine Summe der Fehlerquadrate von 88,5 bei 17 Freiheitsgraden. Die Verbesserung der Anpassung durch Modell (3) ist damit deutlich signifikant (p=0,0019, F-Test). Abbildung 5 zeigt die Jahreswerte der Perinatalsterblichkeit in den drei Gebieten und die beim gemeinsamen Fit ermittelten Trendlinien. Aus der Abweichung der Daten vom ungestörten Trend errechnet sich eine Zahl von 934 zusätzlich gestorbenen Neugeborenen in den Jahren 1987 bis 1991.

Abb.5: Jahresdaten der Perinatalsterblichkeit in der Stadt Kiew, in der Region Kiew und im Gebiet Zhitomir und erwartete Verläufe aus dem gemeinsamen Fit (durchgezogene Linien). Die gestrichelten Linien zeigen den errechneten Trend der Daten ohne den Cäsium- und Strontiumeinfluss.

Diskussion
Während bei der Analyse der deutschen und polnischen Daten der Perinatalsterblichkeit ein Effekt der Cäsiumbelastung nachgewiesen werden konnte, ergibt sich aus den weißrussischen und ukrainischen Daten, dass dort der Einfluss von Strontium deutlich gegenüber dem von Cäsium überwiegt. Die Daten wurden dabei mit dem gleichen Ansatz ausgewertet, der schon bei der Untersuchung der Auswirkungen der oberirdischen Atomwaffentests auf die Perinatalsterblichkeit in Westdeutschland erfolgreich war. Der kumulierte Effekt von Strontium auf die Perinatalsterblichkeit überwiegt bei weitem den Einfluss durch Cäsium.
Ein Effekt der Strontium-Belastung hatte sich auch bei den westdeutschen Daten der Perinatalsterblichkeit nach den oberirdischen Atomtests in den fünfziger und sechziger Jahren gezeigt. Aufgrund dieser Ergebnisse ist zu erwarten, dass der Einfluss von Strontium auf die Perinatalsterblichkeit in den hauptbetroffenen Regionen der Ukraine und Weißrusslands erst gegen Ende dieses Jahrzehnts abgeklungen sein wird.
Die Ergebnisse stehen im Widerspruch zu Aussagen ukrainischer Wissenschaftler, die von einer 40-mal höheren Dosis durch die Cäsiumbelastung ausgehen als durch Strontium (6). In einem neuen Artikel zu den Folgen von Tschernobyl wird die Strontiumbelastung nicht einmal erwähnt (7). Einige kritische Wissenschaftler vertreten die Auffassung, dass durch die geltenden Dosisfaktoren die biologische Wirkung von Strontium stark unterschätzt wird. Die hier berichteten Ergebnisse aus Belarus und der Ukraine scheinen dem Recht zu geben.

Literatur
1. Korblein A, Küchenhoff H. Perinatal Mortality in Germany following the Chernobyl accident. Radiation and Environmental Biophysics 1997; 36 (1): 3-7
2. Körblein A. Säuglingssterblichkeit nach Tschernobyl. Umweltnachrichten 91/2001:13-17
3. Korblein A. Infant Mortality in Germany and Poland following the Chernobyl accident. Abstracts of the 3rd International Conference / International Journal of Radiation Medicine 2001; 3 (1-2): 63
4. Korblein A. Perinatal mortality in West Germany after the atmospheric bomb tests. Veröffentlichung in Vorbereitung
5. Tolstykh E I, Kozheurov V P, Vyushkova O V, Degteva M O. Analysis of strontium metabolism in humans on the basis of the Techa river data. Radiation and Environmental Biophysics 1997; 36: 25-29
6. Konstantin Loganowsky, Kiew. Persönliche email vom 1. Juni 2002
7. Hill P, Hille R. Radiologische Folgen des Reaktorunfalls in Tschernobyl. atw 47 (202) Heft 1: 31-36

Aus unserer Mitgliederzeitschrift Umweltnachrichten, Heft 96 / Juli 2002